Отправить вопрос +7 (495) 966-08-09

Ваш город: Москва

x
  • Москва
  • Казань
  • Красноярск
  • Владивосток
  • Владимир
  • Калуга
  • Кемерово
  • Санкт-Петербург
  • Новосибирск
  • Омск
  • Пермь
  • Саратов

23.06.2006

Ингибиторы коррозии и отложения солей для систем термостатирования формообразующей оснастки и технологического оборудования

к.т.н., Галкин М.Л.

Время охлаждения изделий из термопластичных ПМ в форме существенно влияет на качество изделия и на производительность всего процесса литья под давлением. Основной вклад в скорость процесса охлаждения вносит теплообмен собственно в литьевой форме, точнее – в системе ее термостатирования (фактически – в системе охлаждения). При литье под давлением изделий из ПМ система охлаждения должна обеспечивать интенсивный отбор тепла, циклически поступающего с расплавом материала в зону формования изделия. Тепловой режим охлаждения в форме, а, следовательно, и в отливке часто происходит в неуправляемых ситуациях, влияющих на режим теплообмена во всех элементах системы охлаждения литьевой формы. Это обусловлено образованием на поверхности каналов охлаждения непостоянного слоя отложений, состоящих из продуктов коррозии поверхностных слоев каналов и имеющихся в хладоносителе (например, в воде) солей разного вида и в различном количестве в зависимости от состава и жесткости воды (условно – «солей жесткости»).

Накипно-коррозионные отложения сужают проходное сечение канала охлаждения, что приводит к снижению скорости течения хладоносителя и, следовательно, к ухудшению теплообмена. Так, простые расчеты показывают, что образование на поверхности канала охлаждения слоя отложений толщиной, равной 10 % от диаметра канала, приводит к снижению скорости течения воды (при прочих равных условиях) на 36 %. Негативно влияя на температурное поле в литьевой форме, накипно-коррозионные отложения в определенной мере «ответственны» за возникающую в последующем структурную неоднородность поверхностных слоев отливки, неравномерную усадку в поверхностных слоях изделия и остаточные напряжения, и связанные с ними утяжины, коробление, возможное ухудшение оптических и других свойств изделий. Одной из важных задач стабилизации теплообмена является снижение сопротивления распространению теплового потока. Эта задача может быть решена путем:

  • предотвращения образования накипно-коррозионных отложений в системе охлаждения литьевой формы (равно как и во всем контуре охлаждения, в общей производственной системе водоподготовки);
  • эффективного устранения уже образовавшихся отложений, тем самым максимально способствуя стабилизации и интенсификации теплообмена, повышению качества продукции и производительности;
  • выбора материала формы с лучшими показателями теплопроводности.

Негативно влияя на температурное поле в литьевой форме, накипно-коррозионные отложения в определенной мере «ответственны» за возникающую в последующем структурную неоднородность поверхностных слоев отливки, неравномерную усадку в поверхностных слоях изделия и остаточные напряжения, и связанные с ними утяжины, коробление, возможное ухудшение оптических и других свойств изделий. Результаты проведенных расчетов для конкретных исходных данных (двух наиболее распространенных материалов для плиты матрицы - углеродистой качественной конструкционной стали марки Ст30 и высококачественной стали марки Ст30ХН3А при наличии и отсутствии накипно-коррозионных отложений) наглядно свидетельствуют о решающем влиянии слоя накипно-коррозионных отложений на значение коэффициента теплопередачи К и, следовательно, на интенсивность теплообмена (табл. 1 и 2.)

Таблица 1. Исходные данные для расчета и рассчитанные значения термических сопротивлений стенки матрицы, изготовленной из разных материалов, и слоя отложений различного состава на поверхности термостатирующих каналов формы

Объект

Материал матрицы или основной компонент отложений

Исходные данные

Термич. сопроти-вление R, м2×К/Вт

Теплопроводность l, Вт/м×К

Толщина d, м

Матрица

Сталь 30

75,5

6×10-3

0,79×10-4

Сталь 30 ХН3А

33,7


1,78×10-4

Отложения

CaCO3

2,4

1×10-3

4,17×10-4

Fe2O3

1,3

1×10-3

7,69×10-4

Fe(OH)2

1,2


8,33×10-4

Таблица 2. Коэффициент теплопередачи К сквозь двухслойную стенку матрицы литьевой формы и слоя отложений в сравнении с вариантом отсутствия отложений

Материал матрицы

Наличие отложений

К, Вт/м2×К

Сталь Ст30

Нет

12 580

Да

1 096

Сталь Ст30 ХН3А

Нет

5 620

Да

990

Поэтому столь важно применение в составе воды ингибиторов коррозии и отложения солей. Кроме того, применение ингибиторов дает возможность использовать для изготовления формообразующих элементов литьевых форм более теплопроводные и к тому же более дешевые марки сталей, что дает немалый дополнительный технико-экономический эффект.

Следует заметить также, что значительная шероховатость поверхности каналов охлаждения с накипно-коррозионным слоем способна при определенных условиях вызывать изменение режима течения воды в пограничном слое с ламинарного на турбулентный и существенно повысить тем самым гидравлическое сопротивление в системе охлаждения, снизив при этом эффективность теплообмена в литьевой форме.

Специалисты ООО «Спектропласт» (Москва) разработали и освоили промышленный выпуск комплексных добавок – водорастворимых концентратов ингибиторов коррозии и отложения солей серии СП-В. Промышленному выпуску комплексных добавок предшествовали разнообразные испытания. Так, проводилась сравнительная оценка образцов при различных способах их погружения в водную среду без ингибиторов и с концентратами ингибиторов марки СП-В 10-0 (см. Таблицу 3). При этом было, например, установлено, что при отключении каналов охлаждения литьевой формы от поступления воды та часть каналов, которая находится в парогазовой фазе, существенно активнее подвергается коррозионному воздействию, а применение концентратов ингибиторов приблизительно на порядок уменьшает скорость коррозии металлов в парогазовой фазе.

Таблица 3. Скорости коррозии в воде некоторых металлов и отложения солей жесткости (Результаты сравнительных испытаний)

Материал образца

Скорость коррозии, мм/год; при температуре испытания:

Т = 20°С

Т = 70°С

без ингибиторов

с ингибиторами
СП-В

без ингибиторов

с ингибиторами СП-В

Сталь Ст20

0.5

0.01

1.0

0.02

Ржавая сталь Ст20

1.1

0.02

2.8

0.03

Сталь/Медь

0.8

0.01

1.2

0.01

Замедление отложения солей, отн. ед. (разы), по ТУ 2415-006-11490846-04 п.5.5

Сталь Ст20

1

12

1

5

Примечание : жесткость воды – около 10 моль/м 3 ; содержание концентратов ингибиторов - 5 % масс.

Концентрат ингибиторов коррозии и отложения солей марки СП-В вводится в воду в количестве от 0,5 до 7% в зависимости от качества воды и марок сталей, температуры и длительности эксплуатации. Это способствует:

  • повышению стабильности и интенсивности теплообмена в литьевой форме;
  • сокращению цикла литья за счет повышения скорости охлаждения отливки;
  • улучшению размерной точности литьевых изделий из ПМ и других показателей их качества, а также стабильности свойств;
  • увеличению срока службы и надежности системы термостатирования, в т. ч. благодаря уникальной способности защищать металл в каналах охлаждения при отключении их от поступления воды, без просушки и консервации пресс-формы в течение длительного (более месяца) времени;
  • увеличению продолжительности функционирования литьевой формы (ориентировочно на 20-30%);
  • расширению вариантов рационального размещения и конструктивного исполнения каналов охлаждения;
  • сокращению времени обслуживания системы термостатирования формы, включая время на консервацию и расконсервацию литьевой формы;
  • снижению частоты ремонтов систем термостатирования;
  • уменьшению себестоимости литьевых форм за счет обоснованного применения более дешевых марок сталей (например, углеродистых взамен нержавеющих) и меньшей трудоемкости изготовления форм.

Литература

  1. Басов Н.И., Брагинский В.А., Казанков Ю.В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов. – М.: Химия, 1991. – 352 с.
  2. Генель Л.С., Галкин М.Л., Корнеева Т. М., Брагинский В. А. Ингибиторы коррозии и отложения солей в системах охлаждения литьевых форм//Полимерные материалы. – 2006, №4. - с. 34-39.